SCR催化剂活性降低对空预器腐蚀的影响分析

于洪海，陈　利,曲立涛

(1.华电电力科学研究院东北分院,辽宁 沈阳 110179；2.核工业二四〇研究所，辽宁 沈阳 110032)



SCR催化剂活性降低对空预器腐蚀的影响分析

于洪海1，陈利2,曲立涛1

(1.华电电力科学研究院东北分院,辽宁 沈阳 110179；2.核工业二四〇研究所，辽宁 沈阳 110032)

SCR催化剂是SCR烟气脱硝工艺的关键，SCR催化剂活性降低将会对空预器造成腐蚀影响，通过某燃煤电厂300MW机组实例，分析了SCR催化剂活性降低造成空预器腐蚀的原因，并给出了在实际运行中减轻SCR催化剂活性降低对空预器腐蚀影响的建议。

SCR催化剂；活性降低；空预器腐蚀；对策建议

氮氧化物是主要的大气污染物之一，能够引发酸雨和光化学烟雾等现象发生，破坏臭氧层，影响生态环境，危害人类健康[1]。我国90%以上的NOX来自于煤碳、石油、天然气等矿物质燃料燃烧过程，燃煤电厂是NOX排放的主要单位[2]。“十二五”期间，国家对NOX排放提出了规划和控制要求，并将NOX列为总量考核指标之一，要求电力行业进行低氮燃烧改造及烟气脱硝工程，2011年颁布的《GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准》中对NOX排放浓度限值有了较以往更加严格的要求。由于SCR(选择性催化还原)烟气脱硝工艺的脱硝效率可高达90%[3]，该工艺被燃煤电厂广泛采用。其主要是利用催化剂将烟气中的NOX有选择性地还原成N2和H2O，因此催化剂是SCR脱硝工艺的关键部分，SCR催化剂的性能对燃煤电厂脱硝系统运行效果以及NOX是否能够达标排放起到关键性的影响。目前我国燃煤电厂SCR脱硝工艺采用高灰型工艺布置，将SCR反应器设置在省煤器与空预器之间，经过SCR反应器的烟气携带有大量的飞灰且成分复杂，对催化剂的的活性造成影响；同时由于烟气未经过脱硫处理，在脱硝的过程中SCR催化剂同时将SO2氧化成SO3，部分SO3与未反应的氨(逃逸的氨)生成NH4HSO4，NH4HSO4具有粘性，会对SCR催化剂及空预器造成危害[4]，进而对机组稳定运行造成影响。因此，本文以某燃煤电厂SCR催化剂活性降低为实例，对空预器腐蚀影响进行分析。

1　SCR催化剂概述

该燃煤电厂为300MW热电联产机组，2012年进行SCR脱硝系统改造，2014年投入使用，SCR脱硝系统入口NOX设计浓度400mg/m3(干基、标态、6%O2)，出口NOX设计浓度不大于100mg/m3(干基、标态、6%O2)，脱硝效率按不小于75%进行设计，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3转化率小于1%，脱硝设计入口煤质含硫0.37%，入口SO2浓度为1100mg/m3。SCR催化剂采用目前常用的钒钛基催化剂，具体成分见表1。

表1　SCR催化剂成分　(%w)

2　SCR催化剂活性变化

目前研究表明，燃煤电厂SCR催化剂的失活速率约为每1000h脱硝效率降低0.7%，催化剂一般3～5a就需要更换[5,6]。该燃煤电厂SCR脱硝系统在运行4000h后进行了检修，SCR催化剂委托相关厂家进行了检测，在模拟条件下，脱硝效率降低，具体化验结果见表2。

表2　SCR催化剂活性检测结果

3　空预器腐蚀概况

2015年8月，该燃煤电厂某机组在设备检修过程中发现空气预热器低温段不同部位出现了较大面积的腐蚀痕迹，特别是在烟气流速较低的死角处，部分区域传热元件发生严重损坏(图1)。

4　空预器腐蚀原因分析

根据表2中SCR催化剂检测结果可知，该燃煤电厂SCR催化剂的活性与脱硝效率均不同程度降低，在实际运行过程中，为了确保NOX达标排放，势必要依靠增加喷氨量来满足脱硝效率。喷氨量的加大会使NH3/NOX摩尔比增加，进而导致氨逃逸浓度升高。通过查阅DCS历史曲线，对比2015年2-4月和6-8月的相关历史曲线发现，在一定的脱硝效率下，6-8月的氨逃逸浓度超过3ppm的情况要多于2-4月，并且在6-8月氨逃逸浓度达到了10ppm以上。

氨逃逸浓度增大以后，烟气中的SO3与多余的氨反应生成NH4HSO4的几率大增，NH4HSO4为酸性物质，烟气经过SCR反应器和空气预热器热段后，排烟温度降低，当温度降至185℃以下时，烟气中已生成的液态NH4HSO4会在空气预热器低温段传热元件上凝固，导致空气预热器烟气入口流场分布发生不同程度的变化，造成空气预热器低温段积盐、结垢与腐蚀。

另外，SCR催化剂对SO2的氧化形成SO3起到一定的催化作用，生成的SO3与烟气中的水蒸气会结合形成H2SO4蒸汽。当受热面壁温接近或低于H2SO4蒸汽露点时，H2SO4蒸汽将在壁面上凝结而对壁面产生腐蚀。

5　结论与对策

根据该燃煤电厂空预器腐蚀的实例分析可知，由于SCR催化剂活性降低导致氨逃逸浓度增大，NH4HSO4和H2SO4大量生成是造成空预器腐蚀的主要原因。建议：①定期对催化剂进行包括强检和活性在内的相关检测，掌握催化剂的性能情况，及时选择更换或再生催化剂的工艺，确保脱硝系统的正常投入；②严格控制氨逃逸浓度，开展脱硝系统氨浓度场分布试验，通过调整喷氨格栅的氨气供应流量，使得整个断面的NH3/NOX摩尔比趋于均匀，降低脱硝系统氨逃逸浓度，并实现均匀分布；③严格把控煤质，控制入炉煤的硫含量及As等重金属含量，避免烟气中SO2浓度过高以及催化剂中毒等现象出现。

[1]姜烨，高翔，吴卫红，等.选择性催化还原脱硝催化剂失活研究综述[J].中国机电工程学报，2013,33(14):18-31.

[2]朱法华，刘大钧，王圣.火电厂NOX排放及控制对策审视[J].环境保护，2009(21)：40-41.

[3]张舰.选择性催化还原脱硝催化剂失活研究综述[J].现代工业经济和信息化，2015,5(18)：53-54.

[4]杨飏.氮氧化物减排技术与烟气脱硝工程[M].北京：冶金工业出版社,2007.

[5]Strege J R,Zygarlicke C J,Bruce C,et a1.Bench-scale study of interactions between flue gas and cofired ash in an SCR[J].Fuel,2006,85(17-18):2439-2444.

[6] Zheng Y,Jensen A D,Johnsson J E.Laboratory investigation of selective catalytic reduction catalysts:Deactivation by potassium compounds and catalyst generation[J].Industrial & Engineering Chemistry Research,2004,43(4):941-947.

Analysis on the SCR Catalyst Activity Reducing the Effects of Corrosion to the Air Preheater

YU Hong-hai1,CHEN Li2,QU Li-tao1

(1.Huadian Electric Power Research Institute Northeast Branch, Shenyang Liaoning 110179 ,China)

SCR catalyst is the key to SCR flue gas denigration technology. The decrease of SCR catalyst activity will cause the corrosion effect on the air preheater. A case of a coal-fired power plant with 300 mw unit was taken as an example to analyze the influences of SCR catalyst activity to the air preheater. The advices of reducing the impacts of SCR catalyst activity on the air preheater were given.

SCR catalysts; reduce in activity; air preheater corrosion; advice

2016-05-10

于洪海(1982-)，男，沈阳人，硕士，工程师，目前主要从事电厂环境技术监督和污染治理研究工作。

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1673-9655(2016)05-0006-03